超疏水光热复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及光热材料，特别是涉及一种超疏水光热复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、刺激响应驱动器可将自然环境中的化学能或物理能转化为自身的机械能，例如将光能、湿度、磁场能、电能等各类能源转化为自身的动能，并且刺激响应驱动器具有无线操控功能。因此，刺激响应驱动器在智能机器设计和尖端应用等领域得到了快速发展。当运动环境为液体时，驱动器则会以液体为媒介，充分利用液体的低阻力、低磨损、良好的生物相容性等优点，通过不同的驱动原理实现多尺度、多功能的智能运动。其中，通过外部刺激改变液体的表面张力，从而诱发马兰戈尼效应驱动驱动器的方案正在逐渐引起关注。而基于光热转换效应，通过定点光照使液体的局部区域升温或者降温，可以更精确的构造温度梯度场从而产生光热马兰戈尼效应。

2、光热马兰戈尼效应驱动器实现水面驱动的前提是具有光热性质的材料能够浮于水面上。传统方法主要是利用材料自身的疏水性，依靠水的表面张力来达到漂浮的目的，但有限的表面张力作用会限制驱动器的负载能力。虽然通过直接激光写入技术(dlw)可以在聚合物表面构建疏水结构，能够用于任意图案化和表面改性，利用在所需位置集成功能层或通过设计非对称结构能够实现驱动。但是dlw需要精确的激光光刻和特殊的基片，设备复杂，阻碍了智能光驱动驱动器的量化生产。而利用光热转换材料与聚合物简单共混，由于复合材料结构中光热转换材料含量过高，会导致复合材料的韧性变差，不利于水面驱动器的进一步设计。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种超疏水光热复合材料及其制备方法；该超疏水光热复合材料具有janus结构，浮力大且热传导性能优异，将其作为水面驱动器不仅具有优异的负载能力和较高的驱动速率，而且普适性强。

2、一种超疏水光热复合材料，包括聚合物基体以及分布于所述聚合物基体中的光热转换材料；

3、所述超疏水光热复合材料的任一表面还具有第一微孔结构，且具有所述第一微孔结构的表面的水接触角大于150°，或者，所述光热转换材料的内部为中空结构，内部为中空结构的所述光热转换材料富集于所述超疏水光热复合材料的一侧，且该侧表面的水接触角大于150°。

4、在其中一个实施例中，所述超疏水光热复合材料内部还包括有第二微孔结构，所述第二微孔结构靠近所述第一微孔结构分布，所述光热转换材料分布于所述第二微孔结构周围。

5、在其中一个实施例中，所述光热转换材料的内部为中空结构时，从所述水接触角大于150°的表面至其相对表面，所述光热转换材料的富集密度梯度减小。

6、在其中一个实施例中，所述光热转换材料选自光热纳米碳、聚多巴胺包覆的空心玻璃微球、液态金属-还原氧化石墨烯杂化材料中的至少一种。

7、在其中一个实施例中，所述光热转换材料选自光热纳米碳或者液态金属-还原氧化石墨烯杂化材料时，所述光热纳米碳或者所述液态金属-还原氧化石墨烯杂化材料在所述超疏水光热复合材料的质量分数为1％-10％；

8、或者，所述光热转换材料选自聚多巴胺包覆的空心玻璃微球时，所述聚多巴胺包覆的空心玻璃微球在所述超疏水光热复合材料的质量分数为0.5％-7％。

9、一种如上所述的超疏水光热复合材料的制备方法，包括如下步骤：

10、将聚合物溶液与光热转换材料混合，使光热转换材料悬浮于聚合物溶液中，得到复合浆料；

11、将所述复合浆料制为成型体，将可溶解晶体置于所述成型体的表面并将所述成型体进行固化处理，得到表面嵌有可溶解晶体的第一复合体，或者，所述复合浆料中还包括可溶解晶体，将所述复合浆料制为成型体，进行固化处理后得到第一复合体；

12、将所述第一复合体进行溶解和刻蚀，得到表面具有第一微孔结构的第二复合体，并对所述具有第一微孔结构的表面进行疏水处理，得到超疏水光热复合材料。

13、在其中一个实施例中，所述可溶解晶体包括柠檬酸晶体、氯化钠、蔗糖中的至少一种。

14、在其中一个实施例中，所述光热转换材料在所述复合浆料中的质量分数为1％-10％。

15、一种如上所述的超疏水光热复合材料的制备方法，包括如下步骤：

16、将聚合物溶液与光热转换材料混合，得到复合浆料，其中，所述光热转换材料的密度小于所述聚合物溶液的密度；

17、将所述复合浆料制为成型体，固化后对富集所述光热转换材料的成型体一侧表面进行疏水处理，得到超疏水光热复合材料。

18、在其中一个实施例中，所述光热转换材料在所述复合浆料中的质量分数为0.5％-10％。

19、本发明所述的超疏水光热复合材料中，通过在超疏水光热复合材料的表面引入一定的微孔结构，或者在超疏水光热复合材料中引入内部为中空结构的光热转换材料，一方面，在超疏水光热复合材料具有超疏水性能的基础上，不仅可以依靠水的表面张力实现漂浮的效果，而且可以利用微孔结构或者中空结构，显著提高超疏水光热复合材料的浮力，进而使超疏水光热复合材料作为水面驱动器，具有优异的负载能力。

20、另一方面，基于超疏水光热复合材料独特的janus结构，能够保证优异的热传导性能，使超疏水光热复合材料的光热转换效果不局限于高含量的光热转换材料，就能够达到较高的驱动速率。同时，超疏水光热复合材料能够保持聚合物基体的良好韧性，可满足薄片材料、块体材料等不同材料和应用场景的需求，将其作为水面驱动器普适性强。

技术特征：

1.一种超疏水光热复合材料，其特征在于，所述超疏水光热复合材料包括聚合物基体以及分布于所述聚合物基体中的光热转换材料；

2.根据权利要求1所述的超疏水光热复合材料，其特征在于，所述超疏水光热复合材料内部还包括有第二微孔结构，所述第二微孔结构靠近所述第一微孔结构分布，所述光热转换材料分布于所述第二微孔结构周围。

3.根据权利要求1所述的超疏水光热复合材料，其特征在于，所述光热转换材料的内部为中空结构时，从所述水接触角大于150°的表面至其相对表面，所述光热转换材料的富集密度梯度减小。

4.根据权利要求1所述的超疏水光热复合材料，其特征在于，所述光热转换材料选自光热纳米碳、聚多巴胺包覆的空心玻璃微球、液态金属-还原氧化石墨烯杂化材料中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的超疏水光热复合材料，其特征在于，所述光热转换材料选自光热纳米碳或者液态金属-还原氧化石墨烯杂化材料时，所述光热纳米碳或者所述液态金属-还原氧化石墨烯杂化材料在所述超疏水光热复合材料的质量分数为1％-10％；

6.一种如权利要求1所述的超疏水光热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的超疏水光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述可溶解晶体选自柠檬酸晶体、氯化钠、蔗糖中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的超疏水光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述光热转换材料在所述复合浆料中的质量分数为1％-10％。

9.一种如权利要求1所述的超疏水光热复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的超疏水光热复合材料的制备方法，其特征在于，所述光热转换材料在所述复合浆料中的质量分数为0.5％-10％。

技术总结本发明涉及一种超疏水光热复合材料及其制备方法。所述超疏水光热复合材料包括聚合物基体以及分布于所述聚合物基体中的光热转换材料；所述超疏水光热复合材料的任一表面还具有第一微孔结构，且具有所述第一微孔结构的表面的水接触角大于150°，或者，所述光热转换材料的内部为中空结构，内部为中空结构的所述光热转换材料富集于所述超疏水光热复合材料的一侧，且该侧表面的水接触角大于150°。该超疏水光热复合材料具有Janus结构，浮力大且热传导性能优异，将其作为水面驱动器不仅具有优异的负载能力和较高的驱动速率，而且普适性强。技术研发人员：冯雪,张志兴,陈颖,张飞受保护的技术使用者：浙江清华柔性电子技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/13